中國石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊

1.引言

“十三五規(guī)劃”明確提出，實施“互聯(lián)網+”行動計劃，發(fā)展物聯(lián)網技術和應用，發(fā)展分享經濟，促進互聯(lián)網和經濟社會融合發(fā)展。加快物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展，是國家的重大戰(zhàn)略部署，是實現(xiàn)信息化與工業(yè)化、信息化與城市發(fā)展融合的重要途徑，對推動落實國家“一帶一路”和“自貿試驗區(qū)”戰(zhàn)略，具有現(xiàn)實和深遠的意義。

隨著“智能管道、智慧管網”[1]工作研究和頂層設計的開展，開啟了從數(shù)字管道向智慧管網的新跨越。

智能管道監(jiān)測系統(tǒng)在河流穿跨越部分仍存在很大的探索空間。尤為突出的是水域開挖穿越河床下降自動監(jiān)測系統(tǒng)的探索。

2.必要性

在管道運營過程中，河流穿越段管道受到水流沖刷和采砂的影響[2]，河床下管道埋深逐年減小，管道直接受到水流沖刷、砂石撞擊、船錨及捕魚工具撞擊等多種因素的損傷破壞。

不滿足現(xiàn)行國家標準《油氣輸送管道穿越工程設計規(guī)范》(GB50423)埋深要求的油氣管道在河道中敷設存在著較大的安全風險和環(huán)境風險[3]，尤其是隨著管道服役年限的累積和城市的不斷發(fā)展，安全和環(huán)境風險將進一步加大。

管道穿越雨水充裕地區(qū)，由于河流沖刷、采砂等諸多原因，多條開挖河流管道埋設深度不足[4]，僅蘭成管道、蘭成渝管道已有十余條管道進行隱患整治、改造。2016 年，蘭成渝石亭江管道埋深不足，進行改造；2017 年汛期后，蘭成管道小石河、東溪河2#、涪江穿越，蘭成渝管道清江河2#、羊木河穿越管道埋深均已不滿足規(guī)范要求，小石河靠近大堤部分出現(xiàn)漏管；2018 年7 月，蘭成渝管道涪江穿越灘地段管道被沖出，閥室沖毀；2020 年8 月，蘭成管道安昌河穿越處上游新堪堰攔水壩決堤，洪水導致穿越段東段出現(xiàn)水毀，管段裸露漂浮在水面(見圖1、圖2)，存在重大安全隱患……

Figure 1.River channel flood discharge,Anchang River pipeline flushing out圖1.河道行洪安昌河管道沖出

Figure 2.Site cleaning of Anchang River after flood圖2.洪水退后安昌河清理現(xiàn)場

如果不及時掌握穿越段管道埋深數(shù)據(jù)對管道進行防護或改造，突發(fā)水毀事件可能導致管道斷裂爆管等事故，造成環(huán)境污染、人身及財產損失等嚴重后果。

油管道一旦發(fā)生事故，必會影響運營方油品的供應，更為嚴重的是會造成穿越處河流的嚴重污染。油管道一旦發(fā)生污染事故，將會對其生態(tài)環(huán)境和下游居民的生活造成重大影響，屬于突發(fā)環(huán)境事件，同時根據(jù)《中華人民共和國環(huán)境保護法》第六條要求：企業(yè)事業(yè)單位和其他生產經營者應當防止、減少環(huán)境污染和生態(tài)破壞，對所造成的損害依法承擔責任。

因此，對水域開挖穿越河床下降自動監(jiān)測對于管道安全運營意義非凡。

3.系統(tǒng)配置

河床下降在線監(jiān)測系統(tǒng)由河床底部的監(jiān)測傳感器組、河岸上的信號接收單元組成(見圖3)。

監(jiān)測傳感器組包括兩個以上且活動連接的檢測單元，檢測單元依次首尾連接，并且檢測單元之間可以互相分離(見圖4)。

監(jiān)測傳感器組埋設在河床下，當河床被河水沖刷而導致河床下降時，最上面的檢測單元首先露出河床，在河水的沖擊下，最上面的檢測單元與其下面的檢測單元分離，不再受到下面檢測單元的吸力作用，脫離后的檢測單元則漂出水面(見圖5)。

此時檢測單元的磁通量發(fā)生變化，內部的傳感器感應到磁通量變化后，通過無線網絡向信號接收單元發(fā)送信號，即檢測到了河床的下降情況，為監(jiān)測人員提供準確的監(jiān)測結果。

監(jiān)測系統(tǒng)檢測單元的最大信號傳輸距離為500 m，在河床的設置應根據(jù)具體河勢進行分析后確定，最少1 處。其埋設深度應不小于穿越軸線處相關規(guī)范要求的沖刷線下管頂最小覆土厚度。

Figure 4.Schematic diagram of on-line monitoring system for river bed falling through excavation 2圖4.河流開挖穿越河床下降在線監(jiān)測系統(tǒng)示意圖2

Figure 5.Schematic diagram of on-line monitoring system for river bed falling through excavation 3圖5.河流開挖穿越河床下降在線監(jiān)測系統(tǒng)示意圖3

4.設置原則

以現(xiàn)有埋深不足水域開挖穿越案例為基礎，從水文、穿越地層等方面進行梳理(見表1)，從而確定監(jiān)測系統(tǒng)的設置原則：

Table 1.Case statistics表1.案例統(tǒng)計表

通過對上表相關數(shù)據(jù)進行梳理得知河床下埋深減小的河流多數(shù)存在采砂采礦行為，卵石層穿越，穿越處上游存在水利水電設施等情況。同時結合山區(qū)性河流河床特點，確定監(jiān)測系統(tǒng)的設置原則如下：

在滿足管道埋設在非巖層的前提下存在但不限于以下情況：1) 河流穿越處存在采砂、采礦行為[5]；2) 山區(qū)性河流且比降較大[6]；3) 河床側蝕[7]；4) 穿越處上游有發(fā)電站、水庫等存在泄洪的水利設施的河流開挖穿越[8]。

5.實施驗證

中緬原油管道是我國“十一五”期間規(guī)劃的重大原油管道項目之一，與同期擬建的中緬天然氣管道共同構成我國油氣進口的西南戰(zhàn)略通道。管道起自緬甸西海岸馬德島，從云南瑞麗市進入中國境內。中緬原油管道干線河流大型穿越2 處，其中與中緬天然氣管道同溝敷設穿越1 處，中型穿越6 處。通過篩選，在瑞麗江穿越處設置監(jiān)測系統(tǒng)。瑞麗江開挖穿越處水深近5 m，百年一遇沖刷深度4.69 m，油氣管道并行敷設，凈距6 m。河床形態(tài)呈“U”字型，江心島發(fā)育，江面水位主要受季節(jié)性洪水和上游在建龍江水電站蓄放水控制[9]。江心島將瑞麗江分為東河和西河。

在瑞麗江穿越軸線上游5 m 處埋設檢測單元，東河河床下埋設1 組，西河河床下埋設2 組(見圖6、圖7、圖8)。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示東河河床下切3.7 m，西河河床下切2.6 m。

Figure 6.Detection unit圖6.檢測單元

Figure 7.Receiving unit圖7.接收單元

Figure 8.Monitoring terminal圖8.監(jiān)測終端

為驗證監(jiān)測結果的真實可靠性，在穿越軸線處采用ROV 水下機器人[10]對河床下管道進行探測，探測結果(見圖9)與監(jiān)測數(shù)據(jù)相吻合。

6.結束語

Figure 9.ROV test data model圖9.ROV 檢測數(shù)據(jù)模型

與常規(guī)的人工巡檢相比，河床下降自動監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時準確可靠，利用此系統(tǒng)，可隨時掌握穿越處管道埋深情況，對于出現(xiàn)河床下降危及管道安全的穿越及時采取防護措施，從而保證管道的安全運營。